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Gravitationswellen: Gravitationswellen mit Fingerabdruck

Die Schwingungen der Raumzeit verraten Details über die exotische Materie im Inneren superdichter Neutronensterne.
Simulation eines Gammastrahlenausbruchs

Verschmelzende Neutronensterne senden einen charakteristischen Fingerabdruck aus Gravitationswellen aus. Zu diesem Schluss kommen Astrophysiker um Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität Frankfurt am Main auf der Basis von Simulationen solcher binären Verschmelzungen. Demnach transportieren die Raumzeitschwingungen der kollidierenden Körper nicht nur Energie, sondern auch Informationen über die bisher kaum bekannten Eigenschaften der Neutronenstern-Materie. Zusätzlich könnten die Daten helfen, das Rätsel der Gammastrahlen-Bursts zu lösen, die möglicherweise ebenfalls mit solchen binären Verschmelzungen zusammenhängen.

Neutronensterne sind Produkte eines Sternenkollapses, der gerade eben nicht zu einem Schwarzen Loch geführt hat. Sie bestehen aus extrem eng gepackter Materie, deren Dichte an jene von Atomkernen heranreicht. Mehr allerdings weiß man, abgesehen von theoretischen Überlegungen, über diesen exotischen Materiezustand nicht – es gibt bisher keine Möglichkeit, ihn direkt zu beobachten. Gravitationswellen könnten das jedoch ändern: Die Signatur einer Verschmelzung, schreiben Rezzolla und Kollegen, enthält zwei Wellenlängenbereiche hoher Intensität, so genannte Peaks. Der Peak bei niedrigen Frequenzen stammt vom Umlauf der Neutronensterne direkt vor der Verschmelzung und liefert Informationen über deren Kompaktheit; derjenige bei hohen Frequenzen geht auf schnelle Schwingungen im neu entstandenen hypermassiven Neutronenstern zurück, bevor dieser binnen Sekundenbruchteilen zum Schwarzen Loch kollabiert. Nach den Berechnungen der Forscher hängt die genaue Struktur der Signale stark von den Eigenschaften der Materie in Neutronensternen ab. Allerdings müsste man dazu Gravitationswellen überhaupt erst einmal messen.

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